Ein Beispiel für ein verzugsoptimiertes Bauteil ist eine Grundplatte für die Automobilindustrie aus Polycarbonat (PC) mit 5 Prozent Glasfaserverstärkung, die in diesem Fall mit Profoam hergestellt wurde. (Bildquelle: Arburg)

Ein Beispiel für ein verzugsoptimiertes Bauteil ist eine Grundplatte für die Automobilindustrie aus Polycarbonat (PC) mit 5 Prozent Glasfaserverstärkung, die in diesem Fall mit Profoam hergestellt wurde. (Bildquelle: Arburg)

Zu den Leichtbauverfahren im Portfolio von Arburg, Loßburg, gehören das Faser-Direkt-Compoundieren (FDC), das Partikelschaum-Verbund-Spritzgießen (PVSG) sowie die physikalischen Schäumtechniken Profoam und Mucell. Hinzu kommt das Funktionalisieren thermoplastischer Composites. Welche Lösung die jeweils beste ist, hängt vom Einzelfall ab. Der Spritzgießmaschinen-Hersteller übernimmt die anwendungs­technische Beratung und stellt einen reibungslosen Versuchsablauf im Kundencenter sowie eine detaillierte Dokumentation sicher. Voraussetzung für ein gutes Ergebnis sind neben dem Verfahren auch das richtige Material, im Idealfall eine abgestimmte Bauteilauslegung sowie Prozess-Know-how.

Fasergefüllte Compounds kostengünstig verarbeiten

Das von Arburg gemeinsam mit dem Kunststoffzentrum SKZ, Würzburg, entwickelte Faser-Direkt-Compoundieren (FDC) ist ein kostengünstiges Verfahren, um fasergefüllte Compounds zu verarbeiten. Faserlängen, Faseranteile und Materialkombi­nationen lassen sich individuell einstellen und damit die Bauteil­eigenschaften beeinflussen. Die FDC-Einheit an der Spritzeinheit umfasst eine Seitenbeschickung mit Schneidvorrichtung, angepasstem Zylinder und spezieller Schnecken­geometrie. Die Endlosfasern aus kostengünstigen Glasfaserrovings werden zugeschnitten und der flüssigen Schmelze zugeführt. In der Praxis haben sich Faserlängen von 5,6 bis 33,6 mm bewährt.


Marktübersicht Spritzgießmaschinen

Die Marktübersicht enthält die branchenrelevanten Spritzgießmaschinen, sortiert nach Einsatzbereichen, zu verarbeitendem Material und weiteren wesentlichen Kriterien. Zugleich bildet sie Entwicklungstrends der Maschinentechnik ab, wie das Verketten einzelner Produktionsschritte oder die immer mehr Komponenten betreffende Energieeffizienz. Auch Verarbeitungsverfahren wie das Schaumspritzgießen oder die Mehrkomponenten-Technik halten Einzug in die Technik der Spritzgießmaschinen und damit in diese Marktübersicht. Starten Sie den Vergleich und finden Sie das richtige Produkt.

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Automobiler Leichtbau mit kurzen Zykluszeiten

Das Beispiel von sogenannten Seilantriebsgehäusen für elektrische Fensterheber von Pkw-Türen demonstriert das Potenzial des FDC-Verfahrens, Kosten und das Bauteilgewicht zu senken. Das Unternehmen Ros, Coburg, fertigt diese mit zwei hydraulischen Allroundern 630 S in Serie. Die Spritzgießmaschinen produzieren in rund 32 s je vier dieser Bauteile aus Polypropylen (PP) mit 30 Prozent Langglasfasern. Die Glasfaserrovings werden in diesem Fall auf 11,2 mm zugeschnitten. Die rund 200 x 100 mm großen und 50 g schweren Bauteile sind ähnlich schlagzäh, fest und steif wie vergleichbare Gehäuse aus PBT – allerdings bis zu 30 Prozent leichter.

Das FDC-Verfahren lässt sich auch mit Organoblechen kombinieren. In diesem Beispiel wurde der Verfahren mit einem Sechs-Achs-Roboter automatisiert. Dabei werden die Organobleche bereits im Greifer vorgeheizt. Dieser schwenkt sie dann vor einen Infrarot-Heizstrahler bis die festgelegte Umformtemperatur erreicht ist, und legt sie schließlich in das Werkzeug ein. (Bildquelle: Arburg)

Das FDC-Verfahren lässt sich auch mit Organoblechen kombinieren. In diesem Beispiel wurde der Verfahren mit einem Sechs-Achs-Roboter automatisiert. Dabei werden die Organobleche bereits im Greifer vorgeheizt. Dieser schwenkt sie dann vor einen Infrarot-Heizstrahler bis die festgelegte Umformtemperatur erreicht ist, und legt sie schließlich in das Werkzeug ein. (Bildquelle: Arburg)

Composite-Bauteile vollautomatisiert fertigen

Durch das Kombinieren des FDC-Verfahrens mit Organoblechen greifen die Vorteile des Multi-Material-Designs. Durch das Umspritzen der Organobleche lassen sich hochfeste Composite-Bauteile mit zusätzlichen Versteifungen oder Funktionen erzeugen. Es gibt viele Möglichkeiten, diesen Prozess zu automatisieren. In diesem Beispiel kommt ein Sechs-Achs-Roboter zum Einsatz. Die Organobleche werden im Greifer vorgeheizt, dann in die Position vor einem Infrarot-Heizstrahler geschwenkt bis die festgelegte Umformtemperatur erreicht ist und schließlich in das Werkzeug eingelegt. Die einbaufertigen Strukturbauteile lassen sich in Großserie mit dem im Spritzguss üblichen Zykluszeiten herstellen.

Funktionsteile integrieren mit Partikelschaum-Verbund-Spritzgießen

Beim Partikelschaum-Verbund-Spritzgießen (PVSG) lassen sich an ein geschäumtes Vorprodukt Thermoplaste unlösbar anspritzen und so zusätzliche Funktionen sowie Normteile und Befestigungselemente in das Bauteil integrieren. Dieses Verfahren haben die Firmen Arburg, Krallmann und Ruch Novaplast in strategischer Partnerschaft entwickelt. Dabei entsteht eine dauerhafte und stoffschlüssige Verbindung zwischen Partikelschaum (EPP, EPS) und Thermoplast (ABS, PP, TPE). Das Verfahren vereint somit die Vorteile beider Werkstoffe für funktionelle Leichtbauteile. Für große oder flächige Bauteile mit integrierten Funktionselementen lassen sich die Elemente weiter umschäumen.

Diese sogenannten Seilantriebsgehäuse für elektrische Fensterheber von Pkw-Türen entstanden durch das Faser-Direkt-Compoundieren (FDC). Die rund 200 x 100 mm großen und 50 g schweren Bauteile (rechts) sind ähnlich schlagzäh, fest und steif wie vergleichbare Gehäuse aus PBT, allerdings bis zu 30 Prozent leichter. Nach der Veraschung des Kunststoffs ist die homogene Verteilung der Langglasfasern im Bauteil (links) zu erkennen. (Bildquelle: Arburg)

Diese Seilantriebsgehäuse für elektrische Pkw-Fensterheber entstanden durch das Faser-Direkt-Compoundieren (FDC). Die rund 200 x 100 mm großen und 50 g schweren Bauteile (rechts) sind ähnlich schlagzäh, fest und steif wie vergleichbare Gehäuse aus PBT, aber bis zu 30 Prozent leichter. Die linke Bildhälfte zeigt die homogene Verteilung der Langglasfasern im Bauteil nach der Veraschung des Kunststoffs. (Bildquelle: Arburg)

Physikalisches Schäumen verringert Zykluszeit

Die mikrozellulären Strukturen bei physikalischen Schäumverfahren sorgen für eine deutlich geringere Bauteildichte. Die erreichbare Gewichtsreduktion hängt dabei von Material und Nukleierungsverhalten ab. Im Vergleich zu herkömmlichen Kompakt-Spritzgießteilen haben die geschäumten Bauteile neben dem geringeren Gewicht auch weniger Einfallstellen, Verzug und innere Spannungen. Die Vorteile des physikalischen Schäumens sind eine niedrigere Viskosität der Schmelze und ein Prozess ohne Nachdruck. Dadurch lassen sich oftmals eine geringere Zuhaltekraft und kürzere Zykluszeiten realisieren. Auf den Gesamtprozess bezogen, ergibt sich ein wirtschaftlicher Prozess, der sich in verschiedene Richtungen optimieren lässt. Auch indem man das Bauteildesign anpasst. Dabei müssen Konstrukteure die veränderten mechanischen Eigenschaften sowie die schlierige Oberfläche berücksichtigen. Die Oberflächenqualität wiederum lässt sich in einigen Fällen durch eine dynamisch temperierte Prozessführung verbessern. Im Bereich physikalisches Schäumen bietet Arburg die Verfahrensvarianten Profoam und Mucell an.


Die beliebesten Spritzgießmaschinen 2017

 


Schäumen mit Profoam ermöglicht Faserverstärkung

Beim Schäumverfahren Profoam, das Arburg zusammen mit dem IKV, Aachen, zur Serienreife entwickelt hat, lässt sich das zum Schäumen benötigte einphasige Gemisch aus Polymerschmelze und Prozessgas auf konventionellen Spritzgießmaschinen mit geringem technischem Zusatzaufwand erzeugen. Durch die Schnecke mit Standardgeometrie im materialführenden Bereich lassen sich auch Bauteile mit langglasfaserverstärkten Materialien herstellen. Der abgeschlossene Aufbau des Systems mit einer von Arburg entwickelten eigenen Steuerung ermöglicht den Einsatz des Geräts an verschiedenen Allrounder-Spritzgießmaschinen oder es ist mit ein und derselben Maschine wahlweise Schaum- und Kompaktspritzgießen möglich. Dadurch lässt sie sich vergleichsweise einfach auslasten und wirtschaftlich betreiben. Für die kontinuierliche Zufuhr von Material und gasförmigen Treibfluid sorgt eine patentierte Granulatschleuse.

Profoam-Beispiele aus der Automobilindustrie

Ein typisches Einsatzgebiet des physikalischen Schäumens sind gerippte Strukturbauteile ohne Sichtoberfläche. Hier lassen sich im Vergleich zum Kompaktspritzgießen Einfallstellen und Verzug deutlich verringern. Ein Beispiel für ein verzugsoptimiertes Bauteil ist eine Grundplatte für die Automobilindustrie aus Polycarbonat (PC) mit 5 Prozent Glasfaserverstärkung, die in diesem Fall mit Profoam hergestellt wurde. Ein hybrider Allrounder 630 H produziert die Grundplatte in einer Zykluszeit von 37 s. Das sind rund 10 s weniger als beim herkömmlichen Kompaktspritzgießen. Ein weiterer Effekt des Verfahrens ist ein um rund zehn Prozent geringeres Bauteilgewicht.

Wie sich durch eine dynamische Werkzeugtemperierung trotz Schäumtechnik eine hochglänzende Oberfläche erzeugen lässt, demonstriert ein hydraulischer Allrounder 630 S, der in einer Zykluszeit von rund 60 s einen Strukturdeckel aus glasfaserverstärktem Polycarbonat (PC GF) für das Pkw-Interieur produziert. Das Sichtbauteil wurde konsequent schäumgerecht ausgelegt. Der Schäumdruck verhindert das Entstehen von Einfallstellen bei der Verrippung. Durch das Verfahren ließ sich die Wandstärke von 2,5 auf 1,8 mm reduzieren. Mit rund 190 g ist der Strukturdeckel daher rund 30 Prozent leichter als ein vergleichbares Kompaktbauteil. Das spart viel Material.

Individuelle Anlagen für das Schäumen mit Mucell

Für das Mucell-Verfahren kommen Spritzgießmaschinen mit verlängertem Zylinder und Sonderschnecke zum Einsatz. Um das Treibfluid unter hohem Druck im superkritischen Zustand in die Schmelze zu injizieren, ist eine separate Gasdosierstation mit am Zylinder angebauten Injektoren erforderlich. Für eine präzise Prozessführung ist das Dosiersystem in die zentrale Maschinensteuerung integriert. Arburg bietet in enger Kooperation mit dem Partner Trexel schlüsselfertige, individuelle Produktionsanlagen an.

Lesen Sie auf der nächsten Seite das Interview mit Manuel Wöhrle, Senior Sales Manager Lightweight bei Arburg. Er spricht unter anderem über die Rolle von Leichtbau im Automobil.

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Über den Autor

Dr. Bettina Keck

arbeitet in der Unternehmenskommunikation bei Arburg, Loßburg.